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初三学生已经会用字母表示数,基本理解代数式表示的意义,能熟练地去括号、合并同类项,会进行简单的代数式求值,同时前面接触过简单规律的探索,具备一定的分析问题、解决问题的能力。规律探索型问题一直是中考的热点问题,渗透数学建模思想,能系统地考查学生的逻辑思维能力、归纳猜想能力及运用所学知识和方法分析、解决问题的能力,是落实新课标理念的重要途径。
一、循环规律——“数模”解题
解这一类题型,可以用穷尽法找到数列的循环周期——即“数几模”,用所求序数除以一个周期里数列的个数,计算余数,通过完整周期和余数的关系找到所求。
【例1】(2017·扬州)在一列数:a1,a2,a3,…,an中,a1=3,a2=7,从第三个数开始,每一个数都等于它前两个数之积的个位数字,则这一列中第2017个数的值是( )。
A.1B.3C.7D.9
解析:通过观察数的变化规律,该组数字经过一个循环所包含的数字记为n,总循环次数记为N,用N除以n,当商为a余m(0≤m<n)时,总第N次变换后的数字就是第m次变换后对应的数字或量。
【例2】(2018·曲靖)如图:图象①②③均是以P0为圆心,1个单位长度为半径P1P2P3的扇形,将图形①②③分别沿东北、正南、西北方向同时平移,每次移动一个单位长度,第一次移动后图形①②③的圆心依次为P1P2P3,第二次移动后图形①②③的圆心依次为P4P5P6…,依次规律,则P0P2018=______个单位长度。
解析:用N除以n,当商为a余m(0≤m<n)时,总第N次变换后的数字就是第m次变换后对应的数字或量。
则第二象限有672个扇形,第一象限有673个扇形,y轴负半轴上有673个扇形所以:P0P2018=672×1+1=673。
二、递推规律——依葫芦画瓢
这一类题型,将题目所给条件列成竖式排列以后,观察数据随序数的增长而变化的规律,写出所求通式。
【例3】(2015·咸宁)古希腊数学家把1,3,6,10,15,21,…叫作三角形数,它有一定的规律性。若把第一个三角形数记为a1,第二个三角形数记为a2,…,第n个三角形数记为an,计算a1+a2,a2+a3,a3+a4,…,由此推算a399+a400=________________。
解析:
三、掌握常见数字规律——代公式
针对这一类题型,教师应在平时帮助学生积累所学数列公式,在平时的学习过程中,适当加减乘除同一个数据进行练习,从而获得更多的新数列公式,并能在解题中加以应用。
常见的数列公式:
(一)常见序列规律表达(求第n个数,n为正整数)。
1.奇数序列:1,3,5,7,…………,(2n-1)(注:从1开始)
3,5,7,9,…………,(2n+1)(注:从3开始)
偶数序列:2,4,6,8,…………,2n(注:从1开始)
2.每两个数之间增加相同的数:
3,7,11,15,…………(4n-1)
5,9,13,17,…………(4n+1)
3.2 n型:
1,2,4,8,16,…………,2n-1
1,3,7,15,31,…………,2n-1
2,5,9,17,33,…………,2n+1
4.符号正、负交替出现:
+,-,+,-,…………(-1)n+1
-,+,-,+,…………(-1)n
(二)常见求和方法。
1.自然数求和:1+2+3+4+…+n
2.数形结合求和法:求前N次“取其半”之和:
【例4】(2018·云南)按一定规律排列的单项式:a,-a2,a3,-a4,a5,-a6,…,第n个单项式是( )
A.anB.-anC.(-1)n+1anD.(-1)nan
解析:本题解决了符号问题,即可找到正确答案,利用前述“符号正、负交替出现”模型易于解决。
【例5】(2016·岳阳)如图,在平面直角坐标系中,每个最小方格的边长均为1个单位长,P1,P2,P3,…均在格点上,其顺序按图中“→”方向排列。如:P1(0,0),P2(0,1),P3(1,1),P4(1,-1),P5(-1,-1),P6(-1,2),…,根据这个规律,点p2016的坐标为:________。
解析:如图,首先确定点P2016在第四象限,而此题中第四象限内的点特征是:“横、纵坐标互为相反数”。点P1、P2不计算在内,共有2014个点,分布在四个象限内,第二、三象限内各有503个点,第一、四象限有504个点。第四象限内点的坐标:第1个点(1,-1)、第2个点(2,-2),第3个点(3,-3),……,第504个点(504,-504)。故:P2016(504,-504)。
【例6】(2017·重庆B)下列图形都是由相同大小的
按一定规律组成的,其中第①个图形中一共有4颗,第②个图形中一共有11颗,第③个图形中一共有21颗,…,按此规律排下去,第⑨个图形中的颗数为()
A.116 B.144 C.145 D.150
解析:对于图形有规律性变化的题型,一定要数形结合,观察分析,找到其中的规律,写出通式。本题从第二个图开始,图形组合比较明显,分上下两部分(注:原图没有横线,横线为作者添加),横线上部分数量通过计算分析可得规律,依次是连续两个整数的乘积;横线下部分是从2开始的自然数序列的和。
四、函数方程模型——数学建模
探索规律题本身就是一个变化的过程,蕴含函数的思想,蕴含某种函数关系,所以对于其中的部分题型,可以利用所学的函数进行数学建模。通常会是一次函数或二次函数关系,且解题时一般设为二次函数,当其中二次项系数为0时,即为一次函数,这样就可以通过函数模型来解决问题。
【例7】(二次函数模型)如图用火柴棍摆出一列正方形图案,第一个图形用4根火柴棍,第二个图形用12根火柴棍,第三个图形用24根火柴棍,……,按此种方式摆下去,摆出第n个图形要用火柴棍的数目是:____。
解析:此类题型可用“六步解题法”快速解题,也可另辟蹊径,用函数模型解决。记图形数(序数)为x,要用火柴棍的数目为y,设:y=ax2+bx+c,过点(1,4)、(2,12)、(3,24)得:
故第n个图形要用火柴棍的数目是:2n2+2n或2n(n+1)。
【例8】(方程模型)(人教版九上P17·12改编)如图,四边形有2条对角线,五边形有5条对角线,六边形有9条对角线,…,则n边形有____对角线。
解析:此类题型可以利用函数方程思想,建立数学模型,找到通式。对角线总数记为y,多边形边数为n。任选一点,除去所选的点和相邻两点不能引对角线,从每1个点可以引(n-3)条对角线,n个点可以引n(n-3)条对角线,其中有一半重合,故除以2即可,所以:y=1/2n(n-3)。类似问题还有“平面内n条直线两两相交,共有多少个交点?”“n个人相互赠送一张贺卡,总共赠送出多少张贺卡?”等题型(参考一元二次方程应用题一章),均可用函数方程思想加以解决。
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